Sterowanie mocą za pomocą SCR

Sterowanie mocą za pomocą SCR

SCR

SCR lub Silicon Controlled Rectifier to 3-pinowe urządzenie posiadające trzy podstawowe zaciski - anodę, katodę i bramkę. Zacisk bramki jest zaciskiem sterującym do przyłożenia napięcia anodowo-katodowego. Zazwyczaj stosuje się krzem ze względu na niski prąd upływu. Biegunowość napięć przyłożonych do katody i anody decyduje o tym, czy urządzenie jest polaryzowane do przodu czy do tyłu, a napięcie bramki decyduje o przewodzeniu tyrystora. Innymi słowy, po przyłożeniu polaryzacji do przodu do tyrystora, po przyłożeniu odpowiedniego dodatniego napięcia bramki, urządzenie zaczyna przewodzić i jest wyłączane tylko wtedy, gdy prąd płynący przez urządzenie jest mniejszy niż prąd podtrzymania. W ten sposób SCR może służyć jako przełącznik.



Wypalanie SCR:

Zastosowanie napięcia GATE jest znane jako wystrzeliwanie.


Rodzaje wypalania SCR:

Generalnie istnieją dwa rodzaje wypalania:





  • Wypalanie krzyżowe przy zerowym napięciu: Tryb sterowania przejściem przez zero (zwany również szybkim cyklem, cyklem całkowania lub wyzwalaniem serii) działa poprzez włączenie tyrystora tylko wtedy, gdy chwilowa wartość napięcia sinusoidalnego wynosi zero.
  • Metoda sterowania kątem fazowym: Kąt fazowy jest zmienny, tj. Podanie impulsów bramki jest opóźnione o pewien czas i przewodzenie jest kontrolowane.

Obwody wypalania:

Cechy obwodu zapłonowego:

  • Obwody zapłonowe powinny w odpowiednich momentach wytwarzać impulsy wyzwalające dla tyrystora.
  • Musi istnieć izolacja elektryczna między obwodami zapłonowymi a tyrystorem. Osiąga się to za pomocą wzmacniacza impulsowego lub optoizolatora.

Rodzaje obwodów zapłonowych:

  • Obwód zapłonu R:

Obwód zapłonu R.

  • Obwód odpalania RC:

Obwód zapłonowy RC



  • Obwód odpalania UJT:

Układ odpalania UJT

Kąt ostrzału:

Liczba stopni od początku cyklu przy włączonym SCR wynosi kąt ostrzału . Każdy SCR zacznie działać w określonym punkcie napięcie źródła prądu przemiennego . Konkretny punkt jest definiowany jako kąt wystrzału. Im wcześniej w cyklu tyrystor zostanie załączony, tym większe będzie napięcie przyłożone do obciążenia.

Kąt ostrzału

Sterowany SCR Rectifier firmy Elwood Gillilan

Kontrola kąta ostrzału:

Sterowanie kątem zapłonu może być wykorzystywane w takich zastosowaniach, jak sterowanie prędkością silników wentylatorów, kontrolowanie intensywności żarówki, poprzez kontrolowanie dostarczania mocy do SCR. Sterowanie kątem wystrzeliwania jest osiągane przez zmianę czasu podania impulsów bramki do tyrystora. Napięcie do zacisku bramki tyrystora można przyłożyć w określonym czasie określonym przez wejście zdalne.

Zasadniczo sterowanie kątem wyzwalania oznacza zarządzanie punktem na przebiegu sygnału prądu przemiennego, w którym tyrystor SCR ma być wyzwalany, lub innymi słowy, czasem odpowiadającym przebiegowi sygnału prądu przemiennego, gdy do bramki SCR zostanie podane napięcie zasilania prądem stałym. Zwykle do wyzwolenia SCR używamy optoizolatora. W przypadku prostego obwodu zasilania, w którym nie jest wymagana regulacja mocy, można zwykle zastosować detektory przejścia przez zero lub optoizolatory z detektorami przejścia przez zero, za pomocą których SCR jest wyzwalany tylko na poziomach przejścia przez zero przebiegu prądu przemiennego. W przypadku innych zastosowań obejmujących zastosowanie sterowania mocą, bramka jest wyzwalana za pomocą impulsów, a kąt wyzwalania jest odpowiednio zmieniany, aby sterować przełączaniem tyrystora i odpowiednio mocą tyrystora.


Zmiana kąta wystrzeliwania lub zmianę przewodzenia tyrystora przez opóźnienie przyłożenia prądu bramki można przeprowadzić na dwa sposoby:

  • Sterowanie bramką przesunięcia fazowego : Powoduje opóźnienie przewodzenia od 0 do 180⁰. Kąt fazowy napięcia bramki zmienia się w stosunku do napięcia anoda-katoda. Innymi słowy, napięcie bramki jest przyłożone poza fazą z napięciem anodowym.

Zwykle do tego celu używa się pojemności lub indukcyjności. W kombinacji LR prąd opóźnia się z napięciem, podczas gdy w kombinacji RC obecnie przewodzi napięcie. Rezystor R zmienia się tak, aby zmieniać kąt fazowy, o który opóźnia się napięcie bramki od napięcia anodowego.

Różne obwody używane jako przesuwnik fazy są następujące:

Cyfrowo sterowane przesunięcie fazowe

Cyfrowo sterowane przesunięcie fazowe

Oscylator przesunięcia fazowego

Oscylator przesunięcia fazowego

  • Wyzwalanie impulsów: Napięcie bramki można również przyłożyć, wysyłając impulsy do zacisku bramki. Cykl pracy impulsów można zmieniać, aby zapewnić zmiany w przewodzeniu.

Impulsy mogą być generowane za pomocą UJT lub przy użyciu timerów 555.

Obwód generujący impuls wykorzystujący zegar 555

Obwód generujący impulsy wykorzystujący zegar 555

Roboczy przykład regulacji kąta ostrzału i jego zastosowania

Schemat blokowy przedstawiający sterowanie kątem wystrzeliwania tyłem do tyłu tyrystorów w celu uzyskania kontroli mocy

Schemat blokowy przedstawiający sterowanie kątem wystrzeliwania tyłem do tyłu tyrystorów w celu uzyskania kontroli mocy

Powyższy schemat blokowy przedstawia system do osiągnięcia sterowanie mocą silnika indukcyjnego za pomocą kontroli kąta ostrzału dla tyłem do tyłu SCR.

Zanim przejdziemy do szczegółów, w jaki sposób uzyskuje się kontrolę kąta ostrzału w tym systemie, przyjrzyjmy się szybkiemu połączeniu tyłem do siebie SCR.

Oto film opisujący połączenie SCR z powrotem do tyłu.

W celu zapewnienia zasilania prądem przemiennym obciążenia w obu półokresach sygnału prądu przemiennego, stosuje się połączenie SCR z powrotem do tyłu. Do każdego SCR podłączone są dwa optoizolatory. W pierwszej połowie cyklu sygnału AC jeden z tyrystorów przewodzi po wyzwoleniu za pomocą optoizolatora i przepuszcza prąd przez obciążenie. W drugiej połowie cyklu, inny tyrystor podłączony w odwrotnym kierunku do drugiego tyrystora, zostaje wyzwolony za pomocą innego optoizolatora i umożliwia przepływ prądu do obciążenia. W ten sposób obciążenie otrzymuje prąd przemienny w obu półokresach.

W tym systemie SCR jest wyzwalany za pomocą optoizolatora zawierającego kombinację diody LED i TRIAC. Gdy impulsy są podawane na diodę LED, emituje światło, które pada na TRIAC i przewodzi, powodując impulsy wyjściowe z optoizolatora do tyrystora. Zasada polega na kontrolowaniu szybkości nakładania impulsów poprzez zmianę częstotliwości między sąsiednimi impulsami. Mikrokontroler służy do dostarczania impulsów do optoizolatora w oparciu o podłączone do niego wejście przycisku. Liczba naciśnięć przycisku decyduje o opóźnieniu podania impulsów. Np. Jednokrotne naciśnięcie przycisku powoduje opóźnienie przez Mikrokontroler podania impulsu o 1 ms. W ten sposób kąt, pod jakim wyzwalany jest tyrystor SCR, jest odpowiednio kontrolowany i kontrolowane jest doprowadzanie prądu przemiennego do obciążenia.

Kredyt zdjęciowy: